Геология Южной Дакоты

Национальный парк Бэдлендс

Геология начала Южной Дакоты формироваться более 2,5 миллиардов лет назад, в архейском периоде докембрия . Магматические кристаллические породы фундамента продолжали образовываться на протяжении всего протерозоя , перемежаясь с отложениями и вулканическими материалами. Крупные отложения известняка и сланца образовались в палеозое , во время преобладания мелководных морских условий, за которыми следовали красные пласты в земных условиях в триасе . Западный внутренний морской путь затопил регион, образовав в меловом периоде обширные пласты сланца, мела и угля, когда складчатость Ларамида начала формировать Скалистые горы. Блэк- Хилс были подняты в раннем кайнозое , после чего последовали длительные периоды эрозии, отложения отложений и падения вулканического пепла, образовавшие Бесплодные земли и хранящие окаменелости морских животных и млекопитающих. Большая часть ландшафта штата была изменена во время нескольких фаз оледенения в плейстоцене . Южная Дакота обладает обширными минеральными ресурсами в Блэк-Хиллз и некоторой добычей нефти и газа в бассейне Уиллистон . Шахта Хоумстейк , действовавшая до 2002 года, была крупным золотым рудником, который достигал глубины до 8000 футов под землей и теперь используется для исследования темной материи и нейтрино.

Стратиграфия, тектоника и геологическая история

Самые старые породы в Южной Дакоте относятся к архейскому периоду докембрия , более 2,5 миллиардов лет назад. Архейская кристаллическая порода фундамента образовалась в результате внедрения гранитов Литл-Лось и Медвежьей горы с промежуточными периодами вулканической активности, горообразования и отложения сланцев . Морские песчаники и глины, отложенные в протерозое , а гранит Харни-Пик образовался около 1,71 миллиарда лет назад. Неопротерозой . ознаменовался длительным периодом эрозии стратиграфической летописи

Палеозой (541–251 миллион лет назад)

В кембрии , в начале палеозоя , параллельно с быстрым распространением многоклеточной жизни, в регионе продолжалась земная эрозия. Этот район был затоплен во время крупномасштабной морской трансгрессии в период с позднего кембрия по ордовик в результате отложения известняка, песчаника и сланца. Кварциты сиу, вероятно, были единственной точкой высокого рельефа, возвышающейся над плоской равниной, заполненной морской водой. Формация Дедвуд образовалась в этот период и представляла собой блок толщиной 400 футов в стенах каньона Спирфиш и до 50 футов у Пещеры Ветра. Кембрийские породы обнажаются только в Блэк-Хиллз и исчезают в скважинах, пробуренных к югу от Пещеры Ветров, за древней береговой линией. Однако формация Дедвуд достигает толщины 700 футов в колодцах на северо-западе.

Формация Дедвуд представляет собой пляжный песок и гравий в ее основании, но по мере того, как древняя береговая линия продвигалась на восток, на западе, в более глубоких водах, образовались тонкие слои аргиллита и известняка. В формации содержатся окаменелости трилобитов и следы, оставленные червями, обнаженные во время отлива. Также распространен внутриформационный конгломерат , образовавшийся из обломков известняка, разбитых волнами. Силурийский были и девонский период отмечены большим количеством отложений карбонатов, особенно в бассейне Уиллистон , к востоку от центральной части Южной Дакоты. В течение Миссисипского периода каменноугольного периода широко распространенная земная эрозия затронула всю северо-центральную часть штата, кроме северо-центральной. Дополнительные отложения известняка образовались в раннем Миссисипи . преобладала морская среда В пенсильванском периоде с отложениями песчаников, карбонатов и эвапоритов .

Уровень моря понизился в пермском периоде , отмеченный эрозией на востоке и продолжающимся морским отложением на западе.

Мезозой (251–66 миллионов лет)

Красные пласты образовались на западе, в триасе , в начале мезозоя . Этот регион вернулся к земным условиям в юрском периоде с обширной эрозией, а затем вернулся к мелководной морской среде в меловом периоде , отложив мощные толщи черных сланцев Пьера — самой мощной и наиболее распространенной осадочной толщи в штате. Первоначально толщина сланца составляла от 2500 футов на линии Вайоминга до всего лишь десятков футов на востоке, хотя в Блэк-Хиллз его уничтожила эрозия. Ларамидская складчатость положила начало подъёму Скалистых гор в меловой период.

К западу от реки Миссури во внутреннем море в меловой период образовался мел Ниобрара, содержащий кости мозазавра и плезиозавра . Холмы Типи образуют небольшие конические холмы в сланцевом ландшафте Пьера из линз более устойчивого к эрозии известняка. Последовательности пляжного песка и угля остались после формации Фокс-Хиллз толщиной до 200 футов после того, как Западный внутренний морской путь начал отступать, через 15 миллионов лет после того, как впервые начали формироваться сланцы Пьера. Сланец с низкой проницаемостью создал плохо дренированный ландшафт, перерезал ручьи и реки, которые принесли большое количество отложений - глины, ила и песка толщиной до 500 футов - которые отложились в виде формации Хелл-Крик . Формирование содержит тонкие пласты бурого угля , а также кости динозавров, особенно трицератопса и тираннозавра .

Как и во многих других местах по всему миру, в Южной Дакоте сохранилась пограничная глина толщиной в дюйм, оставшаяся после удара астероида в результате массового вымирания K-Pg 66 миллионов лет назад. Ниже границы глины обычна ископаемая пыльца с больших полей, но пыльца редко встречается в течение длительного периода после этого.

Кайнозой (66 миллионов лет назад-настоящее время)

После отступления мелового внутреннего моря Черные холмы были подняты, что сопровождалось вулканической деятельностью в палеоцене в начале кайнозоя . Сланец Пьер к востоку от Блэк-Хиллз превратился в холмистую равнину. Формация Ладлоу имеет толщину до 350 футов и на северо-западе не содержит явного разрыва континентальных отложений во время массового вымирания, за исключением того, что она более песчаная и менее хорошо сцементирована. Дальше на восток формация содержит вспомогательную формацию Пушечное ядро , отложившуюся во время кратковременного возрождения внутреннего моря и содержащую ископаемые устрицы, улитки и моллюски. 300 футов песчаника и бурого угля формации Тонг-Ривер перекрывают формацию Ладлоу, утолщаясь к востоку и удерживая некоторые из крупных месторождений угля, обнаруженных в северном Вайоминге.

На северо-западе формации Ладлоу, Кэннонболл и Тонг-Ривер относятся к группе Форт-Юнион с толстыми слоями песчаника, добываемыми из Скалистых гор.

На протяжении всего эоцена Блэк-Хилс подвергался эрозии, сбрасывая обломки на восток, в период субтропических температур. Железный пирит в сланцах окисляется, превращаясь в ярко-красные и желтые оксиды железа. Отложения не накапливались в регионе до конца эоцена, поскольку крупные потоки уносили материал в океан. Вулканические породы эоцена сохранили окаменелые деревья.

Олигоцен привел к изменению климата в сторону засушливых условий, превратив регион в обширную аллювиальную пустынную равнину. До 600 футов песка и глины погребли Блэк-Хиллз в пределах 2000 футов от их гребней на западе Южной Дакоты, образуя формацию Уайт-Ривер , в то время как на востоке произошла некоторая эрозия. В летописи окаменелостей также часто встречаются отложения гравия, содержащие кости крокодилов и наземных улиток, черепах и семена каркаса. Во временных прудах вместе с моллюсками, улитками и остатками водорослевых матов были обнаружены кости птиц и даже ископаемые утиные яйца.

С 1800-х годов геологи спорят о том, как разделить формацию Уайт-Ривер. Формация Чадрон представляет собой нижнюю толщу, покрывающую поверхность окислительной эоценовой эрозии и достигающую толщины до 180 футов. Толщина формации широко варьируется, где она заполняет уже существовавшие долины или покрывает холмы. Он содержит светло-зеленую бентонитовую глину, обладающую высокой способностью к усадке-набуханию, а также линзы известняка, содержащие остатки улиток, моллюсков и водорослей из прудов. титанотериев В формации были обнаружены окаменелости и других крупных млекопитающих. Из-за высокой концентрации глины и легкости ее эрозии формация Чадрон имеет тенденцию образовывать пологие холмы и холмы. Вышележащая формация Брюле состоит из глины, отложенной водой, переносимого ветром песка, ила и вулканического пепла, с максимальной толщиной до 450 футов. Почвы пустынных калишей иногда сохраняются в виде известковых конкреций, а небольшие глинистые холмы часто перекрываются хорошо сцементированными русловыми песками и гравием. Формация Брюле превращается в зубчатые вершины Бесплодных земель. К концу 1990-х годов палеонтологи открыли 150 родов млекопитающих, от грызунов до носорогов, а также лошадей и верблюдов. В конце своего пятимиллионного отложения формация была покрыта блестяще-белым пеплом Рокки-Форда, неожиданным подарком мощного извержения риолитов в Западных Каскадах в Орегоне.

Меньшие объемы светлого песка и глины отложились в миоцене , но этот период наступил с возвращением к теплым и влажным условиям. Оживленные ручьи унесли большое количество отложений, уничтожив большую часть формации Уайт-Ривер. Сотни футов более молодых отложений покрывают группу реки Уайт на юго-западе Южной Дакоты. Миоценовые песчаники, которые часто образуют скалы, часто перекрывают формацию Уайт-Ривер.

Период эрозии произошел в Южной Дакоте в плиоцене . В частности, в западной части Южной Дакоты мобилизация крупных отложений образовала водоносный горизонт Огаллала . В ледниковые периоды плейстоцена Южная Дакота пережила несколько периодов оледенения. Самые старые отложения ледникового наноса находятся на юго-востоке, в Су-Фолс и Ньютон-Хиллз, перекрытые глубоко выветрившимися материалами иллинойского или, возможно, доиллинойского возраста. Большое пространство тилла заполняет низменность реки Джеймс и за рекой Миссури с неопределенным возрастом, который часто считают висконсинским оледенением. Равнина Брукингса представляет собой пояс сильно выветренной донной морены, проходящей через Брукингс. Родом из Иллинойса, он избежал захоронения ледниковым щитом Висконсина. Узкая полоса в центральной части Прейри-Хиллз удерживает равнину Торонто-Тилль, старейший определенно Висконсинский дрейф, в то время как стадия Бемиса на восточном краю холмов образовала пояс морен. Хотя лед не продвинулся к востоку от холмов Прери, он оставил оставшийся моренный хребет, известный как этап Альтамонт, который вторгается в западную сторону холмов. Позднее в Висконсине ледниковый щит разделился на холмах Прери, расширив долю Де-Мойна на восток и западную долю вдоль долины реки Джеймс. Последнее наступление ледника, известное как этап Большого камня, проследовало по низменности реки Миннесота на северо-востоке.

Геология природных ресурсов

Начиная с 1870-х годов , на Блэк-Хиллз активно исследовались и периодически добывались серебро, золото, слюда, вольфрам, полевой шпат, бентонит , берилл , свинец, цинк, уран, литий и песок, а также нефть. Компания Homestake Mining Company, которая управляла рудником Хоумстейк до его закрытия в 2002 году, примерно в 1900 году объединила золотые рудники Дедвуд, Золотая Терра, Отец ДеСмет и Каледония. Ее сотрудники использовали новейшую технологию пневматического бурения и обработку цианидом, создав вал Росса и вал Йейтса. — обе глубиной 5000 футов — к 1941 году. Во время Второй мировой войны деятельность по добыче полезных ископаемых была приостановлена ​​и возобновилась. К столетнему юбилею рудника в 1976 году его глубина составляла 8000 футов, и на нем было добыто 31 миллион унций золота, семь миллионов унций серебра и 115 миллионов тонн перемолотой руды.

После закрытия это место считалось объектом Суперфонда , хотя сейчас шахты повторно используются для Сэнфордского подземного исследовательского центра , крупнейшей подземной лаборатории в США, используемой для темной материи и нейтрино исследования . К юго-западу от Лида, Южная Дакота , все еще находится действующий открытый золотой рудник, которым управляет Goldcorp.

Южная Дакота имеет добычу нефти и газа в бассейне Уиллистон на северо-западе, хотя она добывает только один процент от общего объема добычи в США, в основном из традиционных вертикальных скважин. Сто скважин добывают 1,6 миллиона галлонов нефти ежегодно. Почти все производство сосредоточено на территории площадью 400 квадратных миль в округе Хардинг, в формации Ред-Ривер .

Библиография

• Дрисколл, Дэниел Г.; Картер, Джанет М.; Уильямсон, Джойс Э.; Патнэм, Ларри Д. (1990). «Гидрология района Блэк-Хиллз, Южная Дакота» (PDF) . Геологическая служба США.
• Грис, Джон Пол (1996). Придорожная геология Южной Дакоты . Издательская компания Mountain Press.